Premiärfilmad avgasrening kan ge bättre katalysatorer
Kemikalier tillverkas och renas med hjälp av katalys. Även avgasreningen i bilar sker i huvudsak med hjälp av katalys. Men ingen har någonsin kunnat se vad som faktiskt sker i katalysatorn – fram tills nyligen. För första gången går det att se den katalytiska reningsprocessen och hur produkten, i det här fallet koldioxid, växer fram.
De nya rönen publiceras i senaste numret av Nature Communications.
Blottläggandet kan leda till bättre och billigare katalysatorer, vilka idag är mycket dyra. Forskarna bakom publikationen har även fångat ögonblicket på film.
– Det är riktigt häftigt! Vi har kunnat se hur ett koldioxidmoln växer fram efterhand som den giftiga kolmonoxiden reagerar med syret. I början går omvandlingen väldigt långsamt men vid 165 grader tog förvandlingen raketfart, då sa det helt enkelt ”poff”, berättare Johan Zetterberg, forskare i förbränningsfysik vid Lunds universitet och huvudförfattare.
Andra ämnen som katalyseras i avgasreningen är oförbränt bränsle och kväveoxider, eller NOx som de ofta kallas, som ger upphov till både försurning och smog, men som med hjälp av katalysatorn omvandlas till ofarlig kväv- och syrgas.
Eftersom man inte närmare vetat hur katalysen har gått till, har katalysator-tillverkarna historiskt sett provat sig fram i ett slags ”trial och error”-process för att hitta bästa ytan. Det är nämligen på ytan det händer. Själva katalysen sker när gaserna når ytan som ofta består av palladium, platina, rodium och andra dyra material som det finns begränsat av på jordklotet.
– Nu kan man laborera med billigare material som gör att kostnaden kan sjunka avsevärt. Det blir lättare att slöjda rätt ytstruktur nu när vi börjar få en mer komplett bild. Effektivare rening kan bli en annan effekt, säger Johan Zetterberg.
Sammanstrålningen av två olika forskningsdiscipliner, dels synkrotonljusfysik som står för en grundvetenskaplig förståelse av katalys på atomär nivå, dels förbränningsfysik som står för kunskapen att använda lasertekniker för att undersöka gaser, är något som är näst intill unikt, menar forskarna.
– Oftast har man det ena eller det andra, i Lund är vi världsledande inom båda områdena och har utrustning som många bara drömmer om och därutöver närheten till MAX IV, säger Johan Zetterberg.
Forskningen har nyligen fått 15 miljoner kronor från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse.
Efter att resultaten presenterats på internationella konferenser så har många diskussioner och förfrågningar om samarbeten inkommit både nationellt och internationellt, berättar Johan Zetterberg.
Det går även att mäta väldigt många andra ämnen som är intressanta för andra katalytiska reaktioner, inte minst för att reducera utsläppen av kväveoxider. Likaså är det möjligt att mäta ämnen som är väldigt kortlivade och som inte finns normalt sett, men som kan bildas nära ytan vid vissa katalytiska reaktioner.
Läs artikeln
Spatially and temporally resolved gas distributions around heterogeneous catalysts using infrared planar laser-induced fluorescence; http://www.nature.com/ncomms/2015/150508/ncomms8076/full/ncomms8076.htm
Artikeln har författats av Johan Zetterberg, Sara Blomberg, Johan Gustafson, Jonas Evertsson, Jianfeng Zhou, Marcus Aldén och Edvin Lundgren, samtliga Lunds universitet, samt Emma C. Adams och P.A Carlsson, Chalmers.
Kontaktinformation
För mer information, kontakta Johan Zetterberg, förbränningsfysik, forskare vid Lunds Tekniska Högskola, Lunds universitet, +46 46 222 77 28 johan.zetterberg@forbrf.lth.se eller Sara Blomberg, doktorand synkrotonljusfysik, Lunds universitet, +46 46 222 87 21, sara.blomberg@sljus.lu.se .
